État de l’art
I.9 Conclusions et discussion
L’affouillement autour des fondations des ouvrages d’art en milieux fluviaux est inévitable. Les mécanismes et l’évolution temporelle de ce phénomène complexe dépendent de nombreux paramètres géotechniques, hydrauliques et structurels. Ce risque hydraulique est à l’origine de nombreuses défaillances structurelles observées et peut, dans certains cas, engendrer la ruine complète de l’ouvrage.
Pour aider les ingénieurs dans leur choix de conception, de nombreuses formules empiriques ont été développées pour estimer la profondeur d’affouillement à l’équilibre, que subira l’ouvrage. Ces équations tiennent compte des caractéristiques hydrauliques et géotechniques du cours d’eau et de la géométrie de l’ouvrage. Cependant, de nombreuses limitations font que ces formules ne permettent pas de répondre à toutes les problématiques .
En outre, différents instruments de mesure ont été développés afin de suivre l’évolution de l’affouillement au cours de la vie de l’ouvrage. Ces outils ont des domaines de déploiement restreints et présentent de nombreux inconvénients. Le suivi dynamique se présente alors comme une alternative très prometteuse aux deux approches précédentes.
Les travaux de recherche des dix dernières années ont permis de proposer différentes approches quant à l’utilisation de cette technique. Ces approches ont été testées en laboratoire, sur site ou grâce au développement de modèles numériques. Cependant, cette technique d’instrumen-tation, étant encore aux premiers stades de recherche, comporte plusieurs lacunes.
rarement été estimée grâce aux mesures dynamiques. Les travaux dePrendergast et al.(2013) ont permis de mettre en place un modèle numérique simple pour corréler la fréquence de vibration d’un pieu isolé à la profondeur d’affouillement. Toutefois, une "bonne" calibration du modèle suppose la connaissance au préalable des propriétés mécaniques du sol, ce qui est rarement le cas pour les ouvrages anciennement construits en France. De plus, la fréquence d’une pile réelle, dépend également de la nature du contact avec le tablier, non pris en compte dans cette étude (Prendergast et al.,2013). Ceci rend le développement d’un modèle numérique prédictif de l’évolution de la fréquence avec l’affouillement, en tenant compte de l’ensemble de la structure, une tâche très difficile. L’utilisation de capteur dynamique d’affouillement (Zarafshan et al.,2012;Azhari & Loh, 2017) permet alors de réduire la difficulté et d’isoler uniquement l’effet de l’affouillement sur la réponse dynamique du capteur.
Par conséquent, nous avons mené une étude de faisabilité d’un nouveau capteur dynamique d’affouillement, présenté dans le chapitre II. Zarafshan et al. (2012) a développé un modèle numérique poutre-ressort pour calibrer le capteur. Cependant, ce besoin constant à la modéli-sation est un frein à l’utilimodéli-sation de cet instrument par les gestionnaires de parc d’ouvrages. Il parait alors nécessaire de proposer une nouvelle méthode pratique pour estimer, rapidement et avec une précision suffisante, la profondeur d’affouillement en fonction de la fréquence de vibration du capteur. Nous avons alors proposé un modèle simplifié de poutre équivalente comme technique de calibration.
Un autre point encore ambigu est l’effet de la nature/raideur du sol sur la réponse dynamique du capteur. La revue de l’état de l’art a révélé en effet que la majorité des essais dynamiques ont été réalisés dans du sable (TableauI.6). De plus, des résultats numériques, rapportés dans une revue récente de l’état de l’art (Bao & Liu,2017), montrent que l’effet de la raideur du sol sur la réponse dynamique n’est pas claire. D’une part, les résultats des simulations numériques
de Huang et al.(2012) (Figure I.39(a)) montrent que le module du sol a peu d’influence sur
la fréquence de vibration.D’autre part, les résultats de Zhang montrent (Figure I.39(b)) que la fréquence de vibration est fortement influencée par le module du sol.
Figure I.39. Comparaison des résultats des modèles numériques de (a) Huang and (b) Zhang de la variation de la fréquence avec module du sol (Bao & Liu,2017)
Afin d’éclairer sur l’effet de la nature du sol sur la fréquence de vibration, nous avons testé le capteur développé dans deux types de sol :cohésif et non-cohésif.
De plus, nous avons réalisé une caractérisation plus fine de l’interaction sol-structure dans le ChapitreIII. La raideur du sol a été évaluée grâce à des essais de chargements statiques et à une formulation théorique du problème. L’effet de l’affouillement sur la réponse statique du capteur a également été mis en avant dans ce chapitre.
Nous nous sommes ensuite intéressés au suivi dynamique des piles de pont. Les mécanismes d’interaction sol-structure, mis en jeu dans le cas de piles rigides ou courtes, ainsi que l’in-teraction pile-tablier (Tableau I.6), n’ont pas été élucidés dans les travaux précédents. Par ailleurs, l’influence de la géométrie des piles sur la sensibilité de la fréquence à l’affouillement n’est pas claire.
Le Chapitre IV s’efforce d’apporter des éléments de réponse à ces questions. Pour cela, des modèles réduits de piles ont été testés en canal hydraulique. Un modèle analytique a été déve-loppé pour permettre, d’une part de comprendre les mécanismes et paramètres de l’interaction sol-structure dans ce cas. D’autre part, ce modèle permet de lier la fréquence de la pile à la profondeur d’affouillement. Enfin, une configuration pont avec deux piles et une travée a été